JPS62128987A - 窒化ケイ素耐摩耗材の製造方法 - Google Patents

窒化ケイ素耐摩耗材の製造方法

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JPS62128987A
JPS62128987A JP26666285A JP26666285A JPS62128987A JP S62128987 A JPS62128987 A JP S62128987A JP 26666285 A JP26666285 A JP 26666285A JP 26666285 A JP26666285 A JP 26666285A JP S62128987 A JPS62128987 A JP S62128987A
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JP
Japan
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carbon
sintered body
wear
temperature
silicon nitride
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Pending
Application number
JP26666285A
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English (en)
Inventor
山本 福三郎
克彦 本間
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は窒化ケイ素耐摩耗材、特に線引ダイス押出ダイ
ス、抽伸プラグ、ダイス等の耐摩耗性製品や、真空中、
腐食性などの特殊雰囲気中、超高温、超低温、電磁場な
どのような保守困難な場所。
油による汚染を嫌う場所などの各種耐摩耗部品に適用し
て好適な潤滑性に優れた窒化ケイ素(StJ4)耐摩耗
材の製造方法に関するものである。
(従来の技術) セラミックスはその優れた機能を活かした用途の開発が
進められており、前記各種耐摩耗部品への適用が試みら
れている。
例えば、鋼管、ステンレス管等の製造、とりわけ抽伸に
は超硬製プラグ、ダイスが使用されるが、これをセラミ
ックス化することにより一層の寿命延長、コストダウン
が期待される。
しかしながら、かかるセラミックス化にあっても、単に
セラミックス化すれば寿命が延長されるという訳ではな
く、抽伸時の摩擦を減らし、摩耗を防止することが必要
であり、そのため、プラグ。
ダイスの表面仕上がり精度(面粗度)を向上させること
や、潤滑性の良好なセラミックス材を開発することが重
要である。
そこで、かかる開発志向の一端として有機シリコン化合
物と黒鉛化炭素含有物を混練し、焼結して炭化ケイ素を
生成分布させたり、金属合金もしくは炭素材又はこれら
の混合物を有機シリコン化合物と混練し、窒素ガス中で
焼結して耐摩耗性にすぐれたセラミックス材料を得るこ
と等が特開昭56−84373号公報、同84413号
公報により提案されている。
ところで、一方、近時、熱間静水圧プレス(以下、HI
 Pと略記する。)法が注目され、例えば5iJ4粉末
成形体に高温高圧の不活性ガスを作用させ、等方圧縮に
より高密度焼結体とすること等が試みられている。
しかし、このHIP法もセラミックスへの利用は現在、
主として上記高密度、高強度焼結体の作製を目的として
利用されているに止まり、それ以外への利用は未だ検討
の段階である。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は叙上の如き実状下において、上記セラミックス
耐摩耗材の開発とHIP処理のトンキングに着目し、前
記提案と異なる方法による耐摩耗材の作製を課題とし、
特に5i3Na焼結体を素材とする場合においてHIP
処理を利用して表層部へのカーボンの含浸を図り、滑性
にすぐれた高密度5iJs耐摩耗材を開発することを目
的とするものである。
なお、HIP処理を利用し、焼結体外層部にカーボンを
含浸させ、高密度の耐摩耗材を得る例は未だ問いていな
い。
(問題点を解決するための手段) かくして、本発明の特徴とするところは、相対密度95
%以上の5iJ4焼結体をコークスまたはグラファイト
等の黒鉛化炭素含有物またはこれら混合物粉末中に埋め
込み、温度1500℃以上、圧力500 kgf/co
t以上の条件で不活性ガス雰囲気下、HIP処理を施し
、5iJa焼結体表層部にカーボンを侵入させ滑性を有
する高密度5iJ4耐摩耗材を作製する点にある。
ここで、相対密度95%以上の5iJ4焼結体を素材と
することは爾後のHIP処理においてカーボンの侵入と
高密度化を同時に達成する上において有効な密度であり
、95%未満ではHIP処理に時間を要し、経済性に欠
ける。勿論、真密度100%の焼結体でも使用可能であ
る。
そして、上記焼結体を次にコークスまたはグラファイト
等の黒鉛化炭素含有物またはこれら混合物粉末(以下、
単にカーボン粉末という)中に埋め込み、HI P処理
に付すが、この場合、圧力は500 kgf/cnf以
上、温度は1500℃以上の条件下でN2ガス、Arガ
スなど、不活性ガス雰囲気下においてHIP処理するこ
とが必要である。
もし、上記条件に達せず、それ以下の場′合には若干の
密度の向上は認められるにしても、焼結体表層部へのカ
ーボンの侵入はみられず、所期の目的を達し難い。
又、上限温度は1900℃位、好ましくは1700℃位
までで、第6図に示す如(5iJ4焼結体の場合、17
00℃を超えるとグレングロス(粒成長)が生じ、抗折
強度が低下し、更に1900°Cを超えると昇華する恐
れがある。
以下、更に本発明の具体的な内容を口管用抽伸プラグに
ついて検討した結果にもとづき実施例として示す。
(実施例) 第1図は上記抽伸プラグを用いた鋼管(1)の抽伸状況
及びダイス(2)、フローティングプラグ(3)を示し
ており、抽伸時においては、通常、前記プラグ(3)の
ベアリング部(4)とアプローチ部(5)に負担がかか
る。従って、この部分の仕上げ精度(面粗度)はプラグ
にとって極めて重要である。そこで、かかる抽伸プラグ
を対象とし相対密度95%のSi3N4製抽伸プラグ(
20關ΦX4Qm+eJ)をカーボンブランク粉末中に
埋め込み、Nzガス中で1時間所要のHIP処理を施し
た。
第2図はその場合の相対密度に及ぼすHIP処理温度、
HIP処理圧力の影響を示す。
同図より、上記5iJa抽伸プラグのHIP処理では、
圧力500 kgf/cnt以上、温度1500℃以上
において密度の向上がみられ、相対密度98%以上を示
すことが分かる。
又、この条件では焼結体表層部へのカーボン侵人が認め
られた。
なお、温度1400℃においても若干の密度向上は認め
られたが、焼結体表層部へのカーボン侵入は殆ど認めら
れなかった。
従って、相対密度の向上及びカーボンの焼結体への侵入
を効果的ならしめるにはHIP処理圧力500 kgf
/cJ、温度1500℃以上が必要であるこが理解され
た。
第3図は、上記と同様にして相対密度98%の5iJa
製抽伸プラグ(20鶴Φ×40龍l)をカーボンブラン
ク粉末中に埋め込み、1650℃×lhr、  100
0 atm、 N、ガス中でHIP処理した試料の切断
面であ邊。
この試料はほぼ理論密度の焼結体であり、表層部2〜3
龍厚程度が黒色に変化している。
第4図は上記黒色部分のラマン分光結果を示すが、図に
おいてグラファイトカーボンとSi3N4の各ピークが
認められる。
なお、本発明によりHIP処理を施した各試料はほぼそ
の切断面は上記の場合と同様であり、何れも焼結体表層
部には2〜3龍厚程度の黒色部、即ち、カーボン侵入部
が認められる。
これはHIP処理前の焼結体は相対密度95%以上であ
り、開気孔部も存在する。
そのため、この焼結体をカーボン粉末中に埋め込み、高
温高圧のHIP処理を行うことにより、カーボンが前記
開気孔中に侵入し表層部に分布したものと考えられる。
次に上記HIP処理した試料について、これを研削加工
し、抽伸に供した。
この場合、カーボン侵入の本発明によるSi3N4プラ
グに対しカーボン未侵入の5iJ4プラグを作製し比較
した。
第5図は上記両者の比較において第1図に示す抽伸プラ
グのベアリング部、アプローチ部の面粗度と抽伸力の関
係を示す。
なお、このときの抽伸条件は下記の通りである。
抽伸速度       2 m/see抽伸前鋼管外径
    25.33龍 抽伸後鋼管外径    21.52龍 抽伸前鋼管肉厚    1.25  m璽抽伸後鋼管肉
厚    0.96  龍加工率       34.
59  %しかして、上記第5図の結果より何れの場合
も面粗度が小さくなると抽伸力も小さくなるが、カーボ
ン侵入Si3N4プラグ(△印)とカーボン未侵入5i
J4プラグ(O印)を対比すると、ベアリング部(目印
)、アプローチ(無印)ともに面粗度が大きいと両者の
間には殆ど差は認められないが面粗度が小さくなると、
両者の間には顕著な差が認められ、カーボン侵入5iJ
4プラグの方が抽伸力も小さく滑性のあるSi3N4プ
ラグであることが推察される。
(発明の効果) 以上の如く、本発明方法によればHIP処理の利用によ
り既知の混練、焼結による方法と異なり、S! 2N4
焼結体の表層部にカーボンを侵入させることで滑性を有
する5isN4耐摩耗材を作製することができ、就中、
HIP処理による高温高圧、かつ等方圧縮のため侵入層
は略均等となって全体的にカーボン侵入を定着させ均質
な耐摩耗材の製造における新規な方法を堤供するのみな
らず、S i 3 t44耐摩耗材の作製により用途拡
大が期待される5iJ4材に対し、摩擦を減らし、摩耗
を防止して寿命の延長を図ると共に潤滑材を使用できな
い各種部品にも適用を拡げる顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明方法の適用例である鋼管用抽伸プラグ及
びそれによる抽伸状況を示す説明図、第2図は本発明方
法により上記抽伸プラグを作製するときにおける相対密
度に及ぼすHIP処理温度とHIP処理圧力の影響を示
す図表、第三図は本発明により得られた抽伸プラグ焼結
体の切断面図、第4図は第3図黒色部のラマン分光結果
を示す図表、第5図はカーボン侵入Si3N4プラグと
カーボン未侵入513N4プラグの面粗度と抽伸力の関
係を示す図表、第6図はSi3N4焼結体の抗折強度、
密度に及ぼすHIP処理温度の影響を示す図表である。 圧つ(Kり/cutつ 第3図 面粗IIに<、ax更り 第60 )(IP処理温度(°C) 手続補正書(自発) 1、事件の表示  昭和60年 特  許願第2666
62  号2、発明の名称  窒化ケイ素耐摩耗材の製
造方法3、補正をする者 事件との関係   特  許 出願人 居所   大阪市南区南船場3丁目9番10号6、補正
の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄+11  明細
書の下記各員1行目の各「鋼管」の記載を夫々「11号
管」と補正する。 記 第2頁9行目、第5頁20行目、第6頁4行目。 第8頁19行目及び20行目、第9頁1行目及び2行目
、第10頁81〒目。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、相対密度95%以上のSi_3N_4焼結体をコー
    クスまたはグラファイト等の黒鉛化炭素含有物又はこれ
    ら混合物粉末中に埋め込み、温度1500℃以上、圧力
    500kgf/cm^2以上の条件で不活性ガス雰囲気
    下、熱間静水圧プレス処理を施し、Si_3N_4焼結
    体表層部にカーボンを侵入させることを特徴とする滑性
    を有する窒化ケイ素耐摩耗材の製造方法。 2、熱間静水圧プレス処理時の処理温度が1500℃〜
    1700℃である特許請求の範囲第1項記載の窒化ケイ
    素耐摩耗材の製造方法。
JP26666285A 1985-11-27 1985-11-27 窒化ケイ素耐摩耗材の製造方法 Pending JPS62128987A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5122486A (en) * 1988-02-22 1992-06-16 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Method of producing silicon-nitride-based sintered body

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5122486A (en) * 1988-02-22 1992-06-16 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Method of producing silicon-nitride-based sintered body

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